Các giải pháp cấp thoát nước đô thị bền vững để ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu

Thoát nước và xử lí nước thải, vệ sinh môi trường là những nội dung quan trọng trong quy hoạch, xây dựng và quản lí đô thị, nhằm giảm thiểu những mặt tiêu cực do chất thải phát sinh từ các hoạt động của đô thị, cũng như là các quá trình tự nhiên (mưa, bão, hạn hán…), góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống. Tại các khu vực đang đối mặt với tình trạng hạ tầng thấp kém, môi trường bị ô nhiễm, bệnh tật lây lan, úng ngập hay lụt lội, người ta lại càng thấy tầm quan trọng của lĩnh vực này. Đối với các khu đô thị, điểm dân cư mới, chất lượng hệ thống hạ tầng kỹ thuật, trong đó có thoát nước mưa, nước thải, góp phần quyết định tính hấp dẫn đối với khách hàng, cũng như sự phát triển bền vững của khu đô thị đó về lâu dài. Bên cạnh đó, biến đổi khí hậu ngày càng trở thành những thách thức rất lớn đối với công tác quy hoạch đô thị và xây dựng các hệ thống hạ tầng kỹ thuật đô thị, nhất là các đô thị ven biển ở nước ta.

Ở Việt Nam , cho đến nay, ở hầu hết các đô thị, hệ thống thoát nước chung đang được sử dụng cho tất cả các loại nước thải và nước mưa, với các tuyến cống chắp vá, thiếu cả chiều dài, đường kính, cao độ không phù hợp,… Tỷ lệ các hộ đấu nối vào mạng lưới thoát nước nhiều nơi còn rất thấp. Ở nhiều khu đô thị mới, mặc dù nước thải sinh hoạt đã được tách ra khỏi nước mưa từ ngay trong công trình, tuy nhiên, khi ra đến mạng lưới thoát nước bên ngoài, các loại nước thải này chưa được xử lý, lại đấu vào một tuyến cống chung, gây ô nhiễm và lãng phí. Tình trạng yếu kém trong quản lý rác thải và bùn cặn cũng gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ thống thoát nước. Phí thoát nước hay phí bảo vệ môi trường do nước thải quá thấp, không đủ trang trải chi phí quản lí hệ thống.

Các nguyên nhân gây ngập lụt từ nước mưa, nước thải ở các đô thị Việt Nam thường là: hệ thống thoát nước chưa được xây dựng đầy đủ; thiết kế ban đầu không phù hợp; hệ số dòng chảy trong lưu vực thoát nước tăng do thay đổi bề mặt phủ; đường ống cấp nước bị rò rỉ; cống thoát nước bị tắc, bồi lắng; công trình thoát nước bị hư hại; các sự cố tại trạm bơm thoát nước mưa, nước thải; do biến đổi khí hậu dẫn đến lượng mưa tăng và chế độ thủy văn đô thị trái với quy luật, mực nước biển dâng.

2. Các phương thức tiếp cận bền vững trong thoát nước đô thị

2.1. Thoát nước và xử lí nước thải

Nước thải có thể được thu gom và xử lí trong các loại hệ thống thoát nước chung, riêng, nửa riêng hay hỗn hợp, theo các mô hình tổ chức thoát nước tập trung hay phân tán. Hệ thống thoát nước tập trung thường được xây dựng cho các khu trung tâm đô thị, có mật độ dân số cao, có điều kiện xây dựng đồng bộ. Tuy nhiên, phương thức thoát nước truyền thống này có nhiều hạn chế, vì thế, ngày nay trên Thế giới người ta khuyến khích áp dụng mô hình phân tán, đặc biệt là cho các khu đô thị mới, các vùng ven đô, nông thôn. Mô hình này có những ưu điểm chính sau:

- Giảm chi phí đầu tư xây dựng, vận hành và bảo dưỡng, nhờ tránh được các tuyến cống thoát nước dài, đường kính và độ sâu lớn, các trạm bơm nước thải;

- Cho phép sử dụng các giải pháp công nghệ đơn giản, chi phí thấp, tận dụng triệt để các điều kiện tự nhiên để xử lý nước thải, do phân tán được quỹ đất yêu cầu. Các công nghệ cũng như các mô hình quản lí, cơ chế tài chính áp dụng cũng rất linh hoạt cho các khu vực khác nhau, tùy theo điều kiện cụ thể.

- Dễ quy hoạch và thực hiện quy hoạch. Cho phép phân đợt xây dựng, đầu tư các hợp phần kỹ thuật từng bước theo khả năng tài chính. Quy mô đầu tư cũng sát với yêu cầu hơn, tránh lãng phí.

- Cho phép huy động tối đa sự tham gia của cộng đồng trong quản lý hệ thống thoát nước ở tất cả các khâu của dự án.

- Cho phép tái sử dụng tại chỗ nước thải sau xử lí (rửa, tưới, bổ cập nước ngầm) và chất dinh dưỡng tách được (bón cây trồng)… Trong một số trường hợp, có thể xử lí nước thải tại các trạm phân tán rồi xả vào mạng lưới thoát nước mưa, nhờ vậy tiết kiệm đáng kể chi phí xây dựng đường cống thoát nước.

2.2. Thoát nước bề mặt bền vững và tái sử dụng nước mưa trong các đô thị

Quá trình đô thị hóa đã gây những tác động xấu đến quá trình thoát nước tự nhiên: dòng chảy tự nhiên bị thay đổi, quá trình lưu giữ dòng chảy bề mặt một cách tự nhiên bằng các thảm thực vật và đất bị mất đi, thay vào đó là những bề mặt phủ không thấm nước như mái nhà, bê tông, đường nhựa, làm tăng lưu lượng dòng chảy bề mặt. Những dòng chảy này lại thường bị ô nhiễm do rác, bùn đất và các chất bẩn khác rửa trôi từ mặt đường. Lượng nước chảy tràn bề mặt và cường độ dòng chảy tạo nên sự xói mòn và lắng bùn cặn. Tất cả những yếu tố này gây ra những tác động xấu đến môi trường, gây úng ngập, ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái dưới nước.

Các hệ thống thoát nước truyền thống thường được thiết kế để vận chuyển nước mưa ra khỏi nơi phát sinh càng nhanh càng tốt. Trong các hệ thống này, chi phí cho xây dựng và vận hành, bảo dưỡng các đường cống thoát nước thường rất lớn, trong khi công suất của chúng lại chỉ có giới hạn và không dễ nâng cấp. Cách làm này dẫn đến nguy cơ ngập lụt, xói mòn đất và ô nhiễm ở vùng hạ lưu tăng. Trên thực tế, thường rất khó xử lý được nước mưa ở cuối đường ống, bởi sự thay đổi nhanh chóng của lưu lượng cũng như nồng độ chất bẩn. Việc dẫn đi xa và thải dòng chảy bề mặt còn làm mất khả năng bổ cập tại chỗ cho các tầng chứa nước ngầm quý giá.

Phát hiện và khắc phục những tồn tại trên, gần đây, người ta đã nghiên cứu và áp dụng các giải pháp kỹ thuật thay thế, theo phương thức tiếp cận mới: hướng tới việc duy trì những đặc thù tự nhiên của dòng chảy về dung lượng, cường độ và chất lượng; kiểm soát tối đa những khu vực tiêu thoát nước trực tiếp, lưu giữ nước tại chỗ và cho thấm xuống đất, đồng thời kiểm soát ô nhiễm. Đó chính là những nguyên lý của thoát nước bề mặt bền vững (Sustainable urban drainage solutions – SUDS).

Cách tiếp cận của thoát nước mưa bền vững SUDS là thoát chậm, không phải thoát nhanh, để tránh lượng mưa tập trung lớn trong thời gian ngắn. Tiết diện cống sẽ khó có thể đáp ứng nếu lượng mưa lớn, tốn kém mà nước vẫn tràn cống, gây ngập đường, lụt nhà. Vì vậy, phải tổ chức thoát nước mưa, kết hợp các biện pháp khác nhau một cách đồng bộ, sao cho dòng chảy tập trung chậm. Sử dụng các hồ điều hòa trên diện tích thu gom và truyền dẫn nước mưa để lưu giữ nước là một cách làm phổ biến. Bên cạnh đó, sử dụng bản thân diện tích bề mặt của thành phố, tăng cường việc cho nước mưa thấm tự nhiên xuống đất qua các thảm cỏ xanh, đồng thời cải tạo cảnh quan và điều hòa tiểu khí hậu. Thấm nước mưa xuống cũng giúp bổ cập hữu hiệu cho nguồn nước ngầm đang ngày càng khan hiếm, suy kiệt.

Trong trường hợp khả năng kiểm soát dòng chảy tại chỗ bị hạn chế, thì có thể phân tán dòng chảy theo các lưu vực nhỏ, dẫn nước đi bằng những giải pháp sử dụng kênh mương hở và nông, lưu giữ nước mưa trong những hồ chứa và cho thấm xuống đất ở những khu vực thích hợp. Để ngăn ngừa và kiểm soát ô nhiễm, có thể áp dụng những giải pháp xử lý tại chỗ trong bãi đất thấm, hồ lắng, bãi lọc ngầm trồng cây…

3. Một số mô hình quản lý nước đô thị

Thu gom và tái sử dụng nước mưa ở Hàn Quốc

3.1. Các tòa nhà cao tầng

Ở các tòa nhà cao tầng như chung cư, văn phòng, trung tâm thương mại, ký túc xá, nước mưa được thu gom từ mái và các khu vực trong khuôn viên của khu nhà và đưa tới các bể chứa nằm dưới tầng hầm. Cặn bẩn trong nước mưa được loại bỏ nhờ hệ thống lọc cát lắp đặt trên bể, trước khi nước mưa chảy vào bể chứa. Nước mưa sau đó được sử dụng để cấp cho xả rửa bệ xí, bệ tiểu, tưới sân vườn, dự trữ cho chữa cháy. Hình 4 thể hiện sơ đồ thu gom và sử dụng nước mưa cho khu chung cư cao cấp Star city ở Seoul . Tại đây, 3 bể nước mưa, dung tích mỗi bể 1000m3 được xây dựng để chứa nước mưa cho mục đích cứu hỏa, tưới cây và xả toilet. Để khuyến khích chủ đầu tư đồng ý với phương án xây dựng bể nước mưa, chính quyền đã cho phép họ tăng số tầng nhà của chung cư, để đảm bảo lợi ích cho cả hai bên.

3.2. Các trường học

Nước mưa được thu gom chủ yếu từ mái của các tòa nhà và dẫn tới các bể chứa xây dựng ngầm hoặc nổi. Nước mưa được sử dụng cho mục đích rửa ráy của học sinh và cấp nước tưới cây, vườn trong trường. Hệ thống thu gom nước mưa cũng là mô hình giúp học sinh nâng cao ý thức trong việc sử dụng tiết kiệm nước, có ý thức hơn trong bảo vệ môi trường và có trách nhiệm hơn vì sự phát triển bền vững đô thị. Đối với các vườn ven biển hay các đảo, nước mưa thu gom được sử dụng làm nước ăn uống trong thời gian học sinh học tại trường.

3.3.Tại các khu vực công cộng

Dưới các bãi đỗ xe, nước mưa thường được tập trung về các bể ngầm, bên trong có các khối nhựa cứng, rỗng được lắp ghép, xếp chồng lên nhau, tạo thành một hệ thống thấm lọc và lưu giữ nước mưa chắc chắn. Bên ngoài khối lắp ghép này phủ lớp vải chống thấm và lớp sỏi. Tùy thuộc vào diện tích bãi để xe, người ta tiến hành xây dựng một hoặc nhiều modun. Nước mưa được thấm, lọc sạch và làm chậm dòng chảy qua hệ thống này, trước khi chảy tới các bể chứa hay cống thoát nước. Cũng có một số bãi xe sử dụng ngay các cấu kiện bê tông đúc sẵn làm bể chứa ngầm. Nước mưa ở đây được sử dụng cho các mục đích công cộng như rửa đường, cấp cho đài phun nước, cứu hỏa…

Dọc các tuyến phố, bên cạnh hệ thống thoát nước mưa vốn có của thành phố, các công trình thấm lọc nước mưa cũng được xây dựng (Hình 6). Các công trình đó có thể là các bề mặt có khả năng thấm nước dọc theo hai bên đường hoặc trên vỉa hè, hay hệ thống hào lọc ngầm, các hố ga thấm lọc. Ở một số nơi, người ta thu gom và chứa nước mưa trực tiếp dọc theo bề mặt đường giao thông. Các hào lọc hay hố ga thấm lọc giúp bổ cập nguồn nước ngầm. Lượng nước mưa chảy tràn sẽ chảy vào mạng lưới thoát nước mưa của thành phố.

3.4. Sự tham gia của công chúng

Từ tháng 12/2004, thành phố Seoul đã ban hành một quy định để thúc đẩy việc thu gom nước mưa, nhằm tránh úng ngập và tiết kiệm nguồn nước, đồng thời tăng cường ý thức cộng đồng vì phát triển bền vững. Quy định này được áp dụng bắt buộc đối với tất cả các tòa nhà công cộng mới, và khuyến cáo áp dụng đối với các công trình cũ, khuyến khích áp dụng đối với các diện tích công cộng như công viên, bãi đỗ xe, trường học. Đối với các nhà riêng, các tòa nhà có diện tích sàn trên 3.000m ²được khuyến khích áp dụng. Quy định này cũng ưu tiên áp dụng các hệ thống thu gom và tái sử dụng nước mưa tại các khu đô thị mới. Người dân đô thị được yêu cầu hợp tác với chính quyền thành phố, nạp và xả bể chứa nước mưa theo thông báo từ cơ quan khí tượng (Hình 7).

4. Đề xuất tổ chức thoát nước cho các đô thị Việt Nam

4.1. Tổ chức thoát nước cho các đô thị

- Đối với các khu vực trong đô thị hiện có: vẫn sử dụng hệ thống cống thoát nước chung, với các tuyến cống bao thu gom nước thải sinh hoạt, công nghiệp và nước mưa đợt đầu, không cho chảy trực tiếp vào sông, hồ, kênh mương mà dẫn bằng các tuyến cống chính về các trạm xử lý nước thải.

Trên các tuyến cống chính này, gần nguồn tiếp nhận, để giảm chi phí vận chuyển và xử lí nước thải, bố trí các giếng tràn tách hỗn hợp nước mưa đợt sau và một phần nước thải đã được pha loãng, tràn qua đập tràn chảy ra nguồn tiếp nhận. Phát triển tối đa các công trình làm sạch nước thải, nước mưa sau giếng tràn theo mô hình phân tán.

- Đối với các khu đô thị xây dựng mới, xây dựng hệ thống thoát nước riêng và xử lí nước thải đạt yêu cầu trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.

- Trong giai đoạn chưa có điều kiện xây dựng đầy đủ các tuyến cống thoát nước riêng và trạm xử lí nước thải, vẫn phải coi trọng và phát huy vai trò của bể tự hoại để xử lí nước đen, hay nước đen và nước xám từ các hộ gia đình, nhà chung cư, cơ quan, cơ sở dịch vụ… Bể tự hoại phải được thiết kế, xây dựng và quản lí đúng quy cách.

- Đối với các đô thị miền núi, do có độ dốc dọc đường lớn, thuận lợi cho việc thoát nước, nên sử dụng hệ thống thoát nước riêng. Các thị trấn, các khu vực ven đô, có thể áp dụng loại hệ thống thoát nước riêng giản lược với đường kính nhỏ, chôn nông dọc vỉa hè, sơ đồ đấu nối xuyên tiểu khu, cùng với các kênh, mương, cống sẵn có để thoát nước bề mặt, sẽ giảm thiểu tối đa chi phí xây dựng và quản lí hệ thống thoát nước.

- Đối với các đô thị vùng đồng bằng, độ dốc cống nhỏ, phải tăng cường tiết diện cống để thoát nước đô thị làm hồ điều hòa, kênh mương dẫn nước và giảm độ sâu chôn cống.

- Đối với các đô thị ven biển, địa hình bằng phẳng, khó tạo được độ dốc đáy cống thuận lợi, lại ít có các sông mương và hồ điều tiết, do điều kiện địa chất phần lớn là cát và cát pha. Ở các đô thị này, có thể lợi dụng nước tiểu lên xuống hàng ngày, xây dựng các cống tự động đóng/mở theo mực nước triều để thoát nước và thau rửa hàng ngày hệ thống cống.

Cố gắng áp dụng các giải pháp thoát nước bền vững càng sớm càng có lợi. Lồng ghép phương thức này với quy hoạch phát triển không gian đô thị; quản lí chặt chẽ cao độ san nền, tiêu thoát nước của các khu vực đô thị mới phát triển; đảm bảo sự thống nhất, phối hợp nhịp nhàng giữa thoát nước với hệ thống thủy văn đô thị và toàn lưu vực, kể cả hệ thống thủy nông, tiêu thoát lũ, điều tiết hồ chứa thủy điện ở thượng lưu và hạ lưu.

Trong đô thị, áp dụng các giải pháp như tạo ra các hồ điều tiết, các kênh mương hở, tăng mật độ cây xanh, vườn hoa, công viên, tạo vùng trũng xanh thấm nước dọc đường giao thông… Tính toán cho thấy, nếu diện tích nước mặt trong đô thị đạt 7,0% diện tích lưu vực, thì lượng nước cần tiêu thoát ngày đã giảm đi được một nửa. 10 quận nội thành của Hà Nội có tổng cộng 111 hồ, tổng diện tích 1.165 ha. Với độ sâu trung bình 2m, dung tích 23,3 triệu m ³. Tạm lấy sơ bộ dung tích điều hòa là 10 triệu m ³. Nếu thay vì hồ có độ sâu 2m, ta đào sâu xuống thành 5m, dung tích chứa sẽ là 60 triệu m ³, dung tích điều hòa có thể tăng lên 30 triệu m ³hoặc hơn. Với dung tích điều hòa này, cộng hệ thống cống kết nối tốt các hồ với mạng lưới thoát nước nước và một số trạm bơm, Hà Nội sẽ hết ngập. Đó là chưa kể các tác dụng quan trọng của hồ điều hòa như cải thiện điều kiện vì khí hậu, tăng giá trị du lịch, cảnh quan, sinh hoạt…

4.2. Thu gom và tái sử dụng nước mưa

Hiện có nhiều giải pháp thích hợp có thể giảm thiểu sự úng ngập mà mỗi hộ dân, mỗi cơ quan có thể đóng góp sức vào đó như làm các bể chứa thu nước mưa tại mỗi gia đình, mỗi tòa nhà. Cách làm này vừa cho phép sử dụng nguồn nước quí trời cho trong sinh hoạt, tưới vườn, rửa xe, dội toilet, cứu hỏa…, mà còn giảm thiểu đáng kể lưu lượng nước mưa tập trung vào hệ thống thoát nước đô thị. Có thể xây dựng các bể chứa nước ngầm dưới mỗi tòa nhà và cho cả khu nhà hay các khu vực công cộng. Ở một số nước, người ta sản xuất loại túi chứa nước mưa: khi nào sắp mưa thì xòe ra, hết mưa, không muốn dùng nữa thì gập lại, rất tiện lợi mà lại không đắt. Phương thức tiếp cận thoát nước đô thị bền vững, thu gom và tái sử dụng nước mưa được áp dụng, lồng ghép hài hòa với các giải pháp quy hoạch đô thị, kiến trúc và kỹ thuật hạ tầng khác.

5. Kết luận

Tùy điều kiện cụ thể, thoát nước và xử lí nước thải phân tán, hay thoát nước bề mặt bền vững cho phép áp dụng linh hoạt các giải pháp công nghệ khác nhau. Các giải pháp được đề xuất là: quản lí nước thải phân tán, với các công nghệ thoát nước thải và xử lí nước thải chi phí thấp, quản lí nước bề mặt bền vững theo phương thức tự nhiên - thoát chậm, lồng ghép thoát nước bề mặt với quản lí nước thải, rác thải, bùn cặn và cấp nước. Vấn đề sản xuất biogas thu được từ xử lí bùn, rác hữu cơ, nước thải đô thị làm nguồn nhiên liệu thay thế, tái sử dụng lại nước thải và bùn cặn trong nông nghiệp một cách kinh tế và an toàn cũng cần phải được coi trọng. “Chất thải” không phải là chất thải, mà là “nguồn tài nguyên”.

Để có thể thực hiện được quản lí nước thải bền vững cho các khu đô thị, chủ đầu tư phải nhận thức được tầm quan trọng của công tác quản lí nước thải đối với sức khỏe cộng đồng, môi trường sinh thái, lợi ích lâu dài trong kinh doanh. Bên cạnh đó, cần thiết xem xét, điều chỉnh, cập nhật, bổ sung các tiêu chuẩn thiết kế thoát nước cho phù hợp với điều kiện Việt Nam , đặc biệt là để ứng phó với biến đổi khí hậu. Áp dụng triệt để phương thức tiếp cận tổng hợp, quản lí theo lưu vực. Thoát nước, xử lí nước thải, cũng như các vấn đề hạ tầng kỹ thuật đô thị khác, cần được giải quyết một cách đồng bộ, và càng lồng ghép sớm từ khâu quy hoạch, chi phí càng giảm.